撰文/何其祥 许靖华

海底探索史话之海洋探索从源头说起(下)

撰文/何其祥 许靖华

长期以来，人们简单地认为现代大洋的盐分来自陆地岩石的风化作用。按照这一模式，如果大洋的体积不再增加，大洋水的盐度势必随着时间的推移而愈来愈高。

然而，大洋水体并非是盐的简单积聚场所。在水和某些盐类向大气圈蒸发的同时，某些盐类也必然以矿物的形式从水体中析出，转移到岩石圈中；或是被生物吸收，转移出水圈。……

洋盆形成的历史梗概只是海洋起源问题的一个方面。

在地质历史上，大洋与大陆出现过多次的分合。海底扩张、大陆漂移、板块运动究竟始于何时，地学界迄今尚无共识。由于缺少未变质的地质记录，对于7亿年前海洋的演化，尚难勾画出一个清晰的轮廓。现在掌握的沉积记录表明，板块运动至少在7亿年前的元古代就已经开始了。有人说也许还可以再有20多亿年的寿命。

大约7亿年前的元古代末期，地球上只有一个超级大洋和一个超级大陆。这个超级古陆也称为罗迪尼亚大陆，是由以前分处各地的几个大陆拼接而成的，泛非-贝加尔构造线便是它们的一条构造缝合线。距今 5.7亿年的寒武纪，地球上出现了4个大洋和4个大陆。4个大洋分别是古海西宁海、古加里东海、古乌拉尔海和古特提斯海；4个大陆分别是北美洲、欧洲、亚洲和冈瓦纳古陆。那个超级大洋还没有消失，它可能就是太平洋的前身。

距今3.7亿年左右的泥盆纪古欧洲与古北美洲板块碰撞，合并成欧美大陆，古加里东海消亡，形成加里东山脉。距今3亿年的晚石炭纪，欧美大陆沿海西宁构造带与冈瓦纳古陆拼接，古海西宁海消亡。约在2.25亿年前的二叠纪，亚洲沿乌拉尔构造带与欧洲大陆合并，重新组成欧亚大陆，古乌拉尔海消亡。古特提斯洋呈三角形楔入古陆之中，逐步演化成特提斯海。这时作为太平洋前身的超级大洋依然存在。

距今大约1.9亿年的侏罗纪早期，沿着墨西哥湾到直布罗陀一线又发生张裂。承袭泛古洋的太平洋分出一支切入墨西哥湾，称为太平洋海。它与由东向西延伸过来的特提斯海连在一起，把一个超级大陆一分为二，即北边的劳亚古陆和南边的冈瓦纳古陆。这时，现代太平洋已正式形成，它的西北部洋壳的年龄为2亿年，就是那个时代留下的历史记录。待到距今1.35～1.1亿年间的早白垩世，南大西洋开始张裂，成为新生洋盆，接着，欧洲与北美洲分道扬镳，冈瓦纳古陆和劳亚古陆也开始破裂。在距今0.7亿年的晚白垩世，大西洋、印度洋和南大洋相继形成。

两个古陆崩解后形成了欧亚大陆、北美大陆、南美大陆、非洲大陆、印度次大陆和南极洲－澳大利亚大陆。从距今0.65亿年的古新世开始，格陵兰与斯堪的纳维亚分裂，挪威海与格陵兰海形成，北冰洋与大西洋连通。距今0.53亿年的始新世初，澳大利亚裂离南极洲，并开始向北漂移；距今 0.4亿年的始新世晚期，印度与亚洲主体碰撞，特提斯海东段关闭；约0.18亿年前的中新世期间，阿拉伯与亚洲主体碰撞，特提斯海西段部分关闭，遗留下西通大西洋的地中海；约0.035亿年前的上新世时，北美与南美重新碰撞，巴拿马地峡升起，切断了大西洋与太平洋的直接通道，强烈地改变了大洋水的环流系统。我们在上面叙述了洋盆形成的历史梗概。但是，这只是海洋起源问题的一个方面。而要真正弄清楚海洋起源，还不得不涉及海水的起源和变化。这又是一个充满争论的命题。

人类终于站到了自然史科学殿堂的门口，对海洋起源的认识有了一些眉目。

一般认为，在地球演化的早期，原始地球在继续吸积、扩大的同时，气体与固体粒子开始分离，形成了原始的大气圈。原始大气不断地在向星际空间逸散，对于地球水圈的形成并无多大的贡献。与此同时，来自地球内部的挥发物质，通过火山之类的地球排气作用不断地补充和替换着原始大气，逐渐形成一个次生的大气圈。

在起始阶段，地球温度比较高，这个次生大气圈是还原性质的。几乎所有的挥发性气体，都以气体的形式保存在大气之中。只有当地表温度逐渐降低，到达沸点以下时，H2O冷凝为水，原始水圈或原始海洋才开始形成。从岩石中溶解出来的二氧化硅与某些阳离子反应，形成了主要是由含铝粘土矿物组成的沉淀物，这便是原始大洋最早的沉积物。地球内部向外不断排气。大洋水随着时间的推移而不断积累增长。水量的增长早期较快，中期趋缓，晚期又增快。海纳百川，地球上终于出现了漫无边际的汪洋大海。资料表明，大部分海水是在地质时期的后期形成的。

地球水圈形成后，从距今35亿～20亿年，也许延续到距今15亿年，是酸性、缺氧的原始大洋水逐步向现代大洋水过渡的时期。当时大气圈中的含氧量远低于现在的水平，大洋水中的氧含量则更低，沉积岩的母岩也比后来的母岩更偏基性。矿物、岩石在缺氧的大气中崩解，变为碎屑，这些碎屑又在缺氧的海洋环境里堆积起来。

人们已经在古老的沉积地层中发现了许多缺氧的证据。例如，我们在20亿年以前的地层中，很少见到碳酸盐岩，碳质沉积物主要以石墨和油母岩的形式出现；在18亿～20亿年以前的沉积岩中，常见还原型矿物的碎屑，如黄铁矿和沥青铀矿的碎屑。虽有磨圆等浅水搬运的特征，但是都没有遭到氧化。还有一种岩石，是距今32亿～20亿年的古老地层中所特有的。那就是在世界许多地方都可以见到的条带状磁铁石英岩。我国鞍山地区的富铁矿就属于此种类型，因此在中国也称为鞍山式铁矿。

早期大洋水的酸碱度pH值较现代海水低得多。它与偏基性火成岩之间的化学反应不断地改变着原始大洋的成分。早期大洋水中的负离子可能主要是碳酸根和碳酸氢根离子而不是氯离子。这时海洋中已有真核细胞的绿色植物出现，生物造氧能力大大增强，大量游离氧的生成不仅可以满足海洋中各种氧化反应的需要，且可向大气圈逸散，逐步形成具有现代特点的大洋水和大气圈，形成高度氧化的地面条件。

长期以来，人们简单地认为现代大洋的盐分来自陆地岩石的风化作用。按照这一模式，如果大洋的体积不再增加，大洋水的盐度势必随着时间的推移而愈来愈高。然而，大洋水体并非是盐的简单积聚场所。在水和某些盐类向大气圈蒸发的同时，某些盐类也必然以矿物的形式从水体中析出，转移到岩石圈中；或是被生物吸收，转移出水圈。所以现代大洋的化学成分在总体上维持着一种盐类收支平衡的稳定状态，它不是盐类的单纯累积区，而是大陆（和很少部分的大气）物质向海底传输和部分再返大气的中间站。大洋成为这样一个稳态系统，始于15亿～20亿年前，那时高级生命还没有出现。

人类终于站到了自然史科学殿堂的门口，对海洋起源的认识有了一些眉目。但是，还有太多的问题有待解决，需要科学家更加努力地去求索。